JPWO2014054137A1 - キャンバー付車両構体及びキャンバー付車両構体の製造方法 - Google Patents

Abstract

キャンバーを容易につけることができる車両構造及びその製造方法を提供する。台枠（３０１）の長さ寸法ｓ１と屋根構体（３２１）の長さ寸法ｓ２は、キャンバーにあわせて、ｓ２の方が長くなるよう寸法差を設ける。一方で、側出入り口（３７１）、（３７２）、（３７３）は、すべて、上部と下部の開口寸法が同一となるよう構成する。中央寄りの側構体（３１２）の形状を、上部と下部で寸法差を設け、台形形状とする。このような構成によって、締結孔（４７１）及び（４７２）は直線状に加工すればよく、事前の加工及び構体組立が容易という利点が得られる。

Description

本発明は、車両構体及び製造方法に係わり、特にキャンバーを容易につけることができるキャンバー付車両構体及びキャンバー付車両構体の製造方法に関する。

従来、鉄道車両の構体は完成時に長手方向（レール方向）の中央部に上方に反るように製造されている。これは、乗客が乗車した時に、乗客の重量によって車両の中央部が下方にたわみ、床下機器が下部の車両限界を侵さないようにすることを主目的とするものである。また、二次的な効果として、車両端部（切妻）側を車両中央に対して相対的に低くすることにより、屋根上及び雨避に雨水などがたまらないようにして、水はけを良くすることがある。

複数の側構体や屋根構体等を溶接組立する車両においては、はじめに、車両完成時に必要なキャンバー量を設定し、そのキャンバー量から、部材の溶接縮みしろ、部材の精度、艤装品による変形量を考慮したうえで、側構体単体に必要なキャンバー量をつけている。キャンバー量（キャンバーと記す場合もある）は、車両構体の長手方向の両端部を支持する２点を結ぶ線分から鉛直上方に測った寸法（量）である。側構体につけるキャンバーは、一般的には図１及び図２に示すように、上部（屋根側）ｓ１と下部（台枠側）ｓ２で寸法差を設け、また上部下部ともそれぞれ曲線で滑らかに繋がるように構成されている。しかしながら、設計通りのキャンバーを付けることは極めて難しく、試行（試作）を要する場合もある。

キャンバーの調整を容易にする方法として、例えば特許文献１が開示されている。特許文献１は、側構体を複数の中間ブロックと、車両端部を担う２つの車端ブロックによって構成し、車端ブロックと中間ブロックの接合部分において、上部の幕板部分を下部の吹き寄せ板部分よりも長くすることによって容易にキャンバーを調整することができるとしている。

特開２００７−４５３０４号公報

そこで、キャンバー付き車両構体を容易に製造するために、溶接に代えてボルト・ナットやリベットなどの機械的締結手段を用いることが考えられる。
そして、ボルトやリベットなど機械締結により組立てられる車両構体にキャンバーをつけるためには、従来方法の溶接での製造方法の考え方を適用して、締結孔をキャンバーに合わせた滑らかに連続する曲線上に穿通する方法がある。しかしながら、この方法では、構体組立の前に、側構体、屋根構体、台枠それぞれで、車両完成時に必要なキャンバーから逆算した曲線上のキャンバーに合わせて締結孔の穿設をする必要がある。この際、側構体と屋根構体、側構体と台枠の機械締結部で締結孔のずれがないよう加工精度に配慮しなければならない。締結孔は通常、機械加工機により穿設するが、加工設備の制約上、曲線上に穿設することが困難な場合は、手動で加工を行うこととなる。

従来方法を適用する別の方法として、キャンバーを付けて仮組みした状態で合せ締結孔を穿通する方法がある。この方法では、締結孔がずれないという利点がある。しかしながら、仮組した状態で締結孔を穿通するため、専用の大規模な加工設備を用いるか、手動で加工するかのいずれかの方法によらなければならない。また、加工後のバリ取りのため、仮組みをほどいて、側構体、屋根構体、台枠それぞれでバリ取りし、その後、再度、組立てる必要があり、加工工数が膨らんでしまうという課題がある。

また、特許文献１の方法によると、キャンバーを調整した位置が車両の長手方向の端部よりに位置することから、車両が長くなったりドアの枚数が増えたりすることで、車両の全長に対して相対的に端の方に調整位置が配置されてしまい、キャンバーの管理が困難となる懸念がある。

本発明は、これらの問題点に鑑みて、鉄道車両、特に構体をボルトやリベットなどの機械締結手段により組立てる車両において、キャンバーを容易につけることができる車両構体及びその製造方法を提供する。

本発明のキャンバーを容易につけることができる車両構体及び製造方法は、ボルトやリベットなど機械締結により組立てられる車両構体にキャンバーをつける際に、出入り口の出入り口開口部分でキャンバーの折れ点もしくは変曲点を設け、出入り口開口部がない部分は直線で構成することにより達成される。

即ち、本発明のキャンバー付車両構体は、側構体、屋根構体、台枠からなり、上方に反ったキャンバーを有する車両構体であって、乗客の乗降口たる出入り口として、前記側構体に出入り口開口部を１乃至複数形成し、前記屋根構体及び前記台枠の各々は、前記出入り口開口部の少なくとも１組の箇所において、予め車両長手方向に所定の曲率を持って部分的に湾曲させておき、前記側構体は、前記出入り口開口部間又は前記出入り口開口部の端部から前記車両端部までを直線状となるよう形成するとともに、前記側構体と前記屋根構体及び前記台枠との接合部が直線状となるようにして相互に機械的に結合したことを特徴とする。

また、本発明のキャンバー付車両構体は、前記湾曲させた出入り口開口部に隣接する側構体は、前記屋根構体側を長辺とし、前記台枠側を短辺とする台形状に形成することを特徴とする。

また、本発明のキャンバー付車両構体は、前記湾曲させた出入り口開口部は、前記屋根構体側の開口部を前記台枠側の開口部よりも幅広に形成することを特徴とする。

また、本発明のキャンバー付車両構体は、前記側構体の前記屋根構体及び前記台枠に対向する縁と、前記屋根構体及び前記台枠の前記側構体に対向する縁に複数の締結孔を形成し、該締結孔を用いて機械的締結によって接合されることを特徴とする。

本発明のキャンバー付車両構体の製造方法は、側構体、屋根構体、台枠からなり、上方に反ったキャンバーを有する車両構体の製造方法であって、乗客の乗降口たる出入り口として、前記側構体に出入り口開口部を１乃至複数形成し、前記屋根構体及び前記台枠の各々を、前記出入り口開口部の少なくとも１組の箇所において、予め車両長手方向に所定の曲率を持って部分的に湾曲させておき、前記側構体は、前記出入り口開口部間又は前記出入り口開口部の端部から前記車両端部までを直線状となるよう形成する工程と、前記側構体と前記屋根構体及び前記台枠との接合部が直線状となるようにして相互に機械的に結合する工程と、からなることを特徴とする。

更に、本発明のキャンバー付車両の製造方法は、前記側構体と前記屋根構体及び前記台枠との接合部が直線状となるようにして相互に機械的に結合する工程が、前記側構体の前記屋根構体及び前記台枠に対向する縁と、前記屋根構体及び前記台枠の前記側構体に対向する縁に複数の締結孔を形成する工程と、前記側構体に対して前記屋根構体及び前記台枠を、機械締結手段によって前記締結孔を用いて接合する工程と、からなることを特徴とする。

本発明のキャンバーを容易につけることができるキャンバー付車両構体及び製造方法は、ボルトやリベットなど機械締結により組立てられる車両構体においてキャンバーをつける際に、締結孔は側構体の屋根構体側及び台枠側端部に沿って直線状に加工すればよく、事前の加工及び構体組立が容易という利点がある。また、本発明によれば、従来方法に比べ締結孔のズレが発生しにくく寸法公差が小さくでき、高品質の車両構体が容易に製造できるという利点がある。これらの利点により、製造工数が削減できるという二次効果も得られる。

上記の利点は、特に、出入り口開口部分で側構体が分割される車両構体において、最も効果が大きく、さらに、出入り口開口部分で側構体が分割される車両構体を溶接組立する場合にも適用が可能である。溶接組立をする場合においても、屋根構体や台枠を曲げるために負荷をかけながら溶接するといったことをせず、予め湾曲した屋根構体や台枠に側構体を隣接させて溶接すればよいため、加工を容易に行え、その工程簡略化できる。

また、側構体を台形にすることで、一部湾曲した屋根構体と台枠とに生じる車両の長手方向の寸法差と側構体の上下寸法差を同一とすることができ、無理のない車両構体の接合が可能となる。

同様に、屋根構体と台枠とに設けられた対応する１組の開口部において、屋根構体側開口部を台枠側開口部より幅広に形成することで、車両構体のキャンバーを形成することができると共に、側構体を前述のような台形ではなく矩形とすることができ、その加工を容易に行えるものとすることができる。

図１は、既存の側構体（一体型）へのキャンバー付与方法の例を示した図である。 図２は、既存の側構体（側出入り口の開口部分割型）へのキャンバー付与方法の例を示した図である。 図３は、実施例１におけるキャンバー付き車両構体の側面図である。 図４は、実施例１における側構体単体の形状を示す側面図である。 図５は、実施例２におけるキャンバー付き車両構体の側面図である。 図６は、実施例２における側構体単体の形状を示す側面図である。 図７は、実施例３におけるキャンバー付き車両構体の側面図である。 図８は、図４及び図６に示す側構体の線Ａ−Ａにおける断面図である。

以下、実施例を図に基づいて本発明の具体的実施形態を説明する。

図３は本実施例におけるキャンバーつき車両構体及び製造方法の一例を示す図であり、組立後の構体の側面図を示す図である。構体は、台枠３０１、側構体３１１、３１２、３１３、３１４、屋根構体３２１、妻構体３３１、３３２で構成されている。側構体は３ヶ所の出入り口開口部３７１、３７２、３７３により、４つの部品に分割されている。また、屋根構体３２１は出入り口開口部の上部形状に合わせて開口部３２１ａ〜ｄを、台枠３０１は出入り口開口部の下部形状に合わせて開口部３０１ａ〜ｄを部分的に設けている。台枠３０１、側構体３１１〜３１４、屋根構体３２１はそれぞれ、ボルトやリベットなど機械締結部３８１により、直線状に締結されている。

このとき車両構体の長手方向の中央の出入り口開口部３７２の範囲にある機械締結部３８１を結ぶ線を曲線（本実施例では円弧。以下、曲線キャンバーと記す）とし、車両構体の長手方向の中央の出入り口開口部から車端までの範囲にある機械締結部３８１を結ぶ線は直線（以下、直線キャンバーと記す）で構成されている。ここで、直線キャンバーは曲線キャンバーの接線となるよう接続し、キャンバー線が滑らかに連続するように構成されている。台枠３０１の長さ寸法ｓ１と屋根構体３２１の長さ寸法ｓ２は、キャンバーにあわせて、ｓ２の方が長くなるよう寸法差を設けている。一方で、出入り口開口部３７１、３７２、３７３の上部と下部の幅方向（車両構体の長手方向に沿う方向）寸法が同一となるように構成されている。

図４は屋根構体３２１及び台枠３０１と締結する前の、中央寄りの側構体３１２の形状を示したもので、側構体３１２の上部寸法ｙ２と下部寸法ｙ１とで寸法差を設け、図４に示すように台形形状となっている。この側構体３１２は、対向する２枚の面板をトラスで結合したアルミ中空押し出し形材４４１〜４４５を、溶接もしくはＦＳＷ（摩擦撹拌接合）で接合しており、図８（図４におけるＡ−Ａ断面図）に示すように構成されている。ここで、機械締結部３８１用の孔部は、側構体３１２の屋根構体３２１に重ねられる縁に備えられる（屋根構体との締結用）４７１及び側構体３１２の台枠３０１に重ねられる縁（台枠との締結用）に備えられる４７２であり、これらはともに直線状に配置されている。また、上部の孔部４７１と下部の孔部４７２の列とは平行に配置されている。なお、この孔部の配置は、後述する実施例についても同様である。

機械締結部３８１用の孔部４７１及び４７２の加工及び側構体３１２及び３１３の台形形状への加工は、アルミ中空押し出し形材同士の接合前に、アルミ中空押し出し形材単体で加工してもよいし、溶接もしくはＦＳＷ（摩擦撹拌接合）でアルミ中空押し出し形材同士を接合した後に加工してもよい。なお、図３、図４は、本実施例の概念を分かり易く説明するために、誇張して表現したもので、上部寸法ｙ２と下部寸法ｙ１の寸法差Δｙは数ミリ程度である。

この構成によれば、締結孔４７１及び４７２は直線状に加工すればよく、事前の加工及び構体組立が容易という利点が得られる。また、出入り口開口部３７１〜３７３の形状を３か所とも同一にでき、図示しないドア装置及びドアリーフと出入り口開口部３７１〜３７３との寸法関係が同一にできる。このことにより、ドア装置及びドアリーフの取付け作業、特に構体との隙間調整作業が統一できるという利点が得られる。

図５は本実施例におけるキャンバーつき車両構体及び製造方法の一例を示す図であり、組立後の構体の側面図を示す図である。実施例１の構成に対して、中央の出入り口開口部５７２の上部５２１ｂの幅方向寸法とその下部５０１ｂの幅方向寸法で差を設けるようにしている。また、それに伴い、中央寄りの側構体５１２、５１３の形状を、その上部と下部で寸法差を設けず、図６に示すように長方形としており、台形形状への加工は必要ない。その他の構成は、実施例１と同様である。

この構成によれば、実施例１と同様に、機械締結部３８１用の孔部６７１は直線状に加工すればよく、事前の加工及び構体組立が容易という利点が得られる。また、側構体５１２を長方形にすることができ、側構体の製造が容易になるという利点が得られる。なお、本構成においては、側出入り口の形状を３か所とも同一形状にする利点は得られない。

図７は本実施例におけるキャンバーつき車両構体及び製造方法の一例を示す図であり、組立後の車両構体の側面図を示す図である。実施例１の構成は出入り口開口部が片側３ヶ所であったのに対し、出入り口開口部が片側に４ヶ所ある場合の構成を示す図である。構体は、台枠７０１、側構体７１１、７１２、７１３、７１４、７１５、屋根構体７２１、妻構体７３１、７３２で構成されている。側構体は４ヶ所の出入り口開口部７７１、７７２、７７３、７７４により、５つの部品に分割されている。このときキャンバーは、車両構体中央の出入り口開口部７７２、７７３をなす屋根構体７２１と台枠７０１の一部の範囲を曲線（本実施例では円弧）とし、その他の部位である各側構体７１１〜７１４と、台枠７０１および屋根構体７２１との機械締結部３８１を結ぶキャンバーは直線で構成されている。その他の構成は、実施例１と同様である。

この構成によれば、機械締結部３８１用の孔部（図示せず）は直線状に加工すればよく、事前の加工及び構体組立が容易という利点が得られる。また、出入り口開口部７７１〜７７４の形状を４か所とも同一にでき、ドア装置及びドアリーフと側出入り口との寸法関係が同一にできる。このことにより、ドア装置及びドアリーフの取付け作業、特に構体との隙間調整作業が統一できるという利点が得られる。

図示しないが、実施例４は、実施例２で示した３カ所の出入り口開口部を有す車両構体にキャンバーを付与した構成を、実施例３で示した４ヶ所の出入り口開口部を有す車両構体に適用したものである。
側構体に備えられる４ヶ所の側出入り口の内、側構体の長手方向の中央部よりの２ヶ所の出入り口開口部（図７の出入り口開口部７７２と７７３に相当）の上部の幅方向寸法をそれらの下部の幅方向寸法より大きくしている。さらに、実施例３で示した側構体７１４、７１２（図７参照）に代えて、実施例２で示した側構体５１２相当（図６参照）を組み合わせたものである。これらの点以外は、実施例３で示した構成と同様である。

この構成によれば、実施例２と同様に、機械締結部３８１用の孔部６７１（図６参照）は直線状に加工すればよく、事前の加工及び車両構体組立が容易という利点が得られる。また、側構体（図６参照）を長方形にすることができ、側構体の製造が容易になるという利点が得られる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施例１乃至４では、側出入り口の開口部で側構体が分割される構体をボルトやリベットなど機械締結により組み立てるとしたが、溶接組立する場合にも適用が可能で、側出入り口の開口部分を曲線とし、側構体と屋根構体、側構体と台枠を接続する溶接線を直線状に設ければよい。このことにより、溶接線を曲線に沿わせる必要がなく、溶接施工が容易になり、組立工数の低減及び溶接品質が安定するという利点が得られる。

３０１、５０１、７０１ 台枠
３０１ａ〜ｃ、５０１ａ〜ｃ、７０１ａ〜ｄ 開口部（台枠側）
３１１〜３１４、５１１〜５１４、７１１〜７１４ 側構体
３２１、５２１、７２１ 屋根構体
３２１ａ〜ｃ、５２１ａ〜ｃ、７２１ａ〜ｄ 開口部（屋根構体側）
３３１、５３１、７３１ 妻構体（前位）
３３２、５３２、７３２ 妻構体（後位）
３７１〜３７３、５７１〜５７３、７７１〜７７４ 出入り口開口部
３８１ 機械締結部
４７１、６７１ 締結孔（屋根構体側）
４７２、６７２ 締結孔（台枠側）

Claims (6)

1. 側構体、屋根構体、台枠を有するとともに、長手方向に沿って上方に反るキャンバーを有する車両構体であって、
   乗客の乗降口たる出入り口として、前記側構体に出入り口開口部を１乃至複数形成し、
   前記屋根構体及び前記台枠の各々は、前記出入り口開口部の少なくとも１組の箇所において、予め車両構体の長手方向に所定の曲率を持って部分的に湾曲させておき、
   前記側構体は、前記出入り口開口部間又は前記出入り口開口部の端部から前記車両構体端部までを直線状となるよう形成し、
   前記側構体と前記屋根構体及び前記台枠との接合部が直線状となるようにして相互に機械的に結合した
   ことを特徴とするキャンバー付車両構体。
2. 前記湾曲させた出入り口開口部に隣接する側構体は、前記屋根構体側を長辺とし、前記台枠側を短辺とする台形状に形成することを特徴とする請求項１記載のキャンバー付車両構体。
3. 前記湾曲させた出入り口開口部は、前記屋根構体側の開口部を前記台枠側の開口部よりも幅広に形成することを特徴とする請求項１記載のキャンバー付車両構体。
4. 前記側構体の前記屋根構体及び前記台枠に対向する縁と、前記屋根構体及び前記台枠の前記側構体に対向する縁とに複数の締結孔を形成し、該締結孔を用いて機械的締結することによって接合されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のキャンバー付車両構体。
5. 側構体、屋根構体、台枠を有するとともに、長手方向に沿って上方に反るキャンバーを有する車両構体の製造方法であって、
   乗客の乗降口たる出入り口として、前記側構体に出入り口開口部を１乃至複数形成し、前記屋根構体及び前記台枠の各々を、前記出入り口開口部の少なくとも１組の箇所において、予め車両構体の長手方向に所定の曲率を持って部分的に湾曲させておき、前記側構体は、前記出入り口開口部間又は前記出入り口開口部の端部から前記車両構体端部までを直線状となるよう形成する工程と、
   前記側構体と前記屋根構体及び前記台枠との接合部が直線状となるようにして相互に機械的に結合する工程と、
   からなることを特徴とするキャンバー付車両構体の製造方法。
6. 前記側構体と前記屋根構体及び前記台枠との接合部が直線状となるようにして相互に機械的に結合する工程が、
   前記側構体の前記屋根構体及び前記台枠に対向する縁と、前記屋根構体及び前記台枠の前記側構体に対向する縁とに複数の締結孔を形成する工程と、
   前記側構体に対して前記屋根構体及び前記台枠を、機械締結手段によって前記締結孔を用いて接合する工程と、
   からなることを特徴とする請求項５記載のキャンバー付車両の製造方法。

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